Astronomia

Como sabemos que a luz é redshifted / blueshifted e não a luz original de uma estrela / galáxia?

Como sabemos que a luz é redshifted / blueshifted e não a luz original de uma estrela / galáxia?


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Se uma estrela / galáxia está se movendo em nossa direção, então sua luz é desviada para o azul, e se ela está se afastando de nós, então sua luz é desviada para o vermelho. Como sabemos exatamente que a cor que estamos vendo não faz parte do combustível queimado pela estrela / galáxia e, em vez disso, é causada pelo efeito Doppler?


Se você tivesse um espectroscópio de fenda simples e olhasse para uma luz incandescente, veria uma mancha de luz vermelha em uma extremidade e azul na outra. Isso ocorre porque o filamento está produzindo luz ao brilhar ao ser aquecido.

Se você olhasse para uma daquelas lâmpadas de rua de vapor de sódio cor de laranja, em vez de uma mancha de cor, você veria um grupo de linhas. Essa luz é produzida pela ionização do gás.

As linhas representam frequências específicas de luz proveniente da lâmpada. Você pode adicionar uma escala horizontal e descobrir que as linhas representam uma frequência específica no espectro de luz.

Se o poste de luz estivesse vindo em sua direção em uma velocidade significativamente alta, as linhas individuais seriam deslocadas em frequência para o azul, mas ainda teriam o mesmo padrão. Por outro lado, se a luz estivesse se afastando de você, você veria novamente o mesmo padrão de linhas de luz, mas suas frequências seriam deslocadas para o vermelho.

Isso é o que está sendo medido quando os espectros de estrelas e galáxias são medidos: não apenas a aparência da cor, mas se os espectros de coisas como hidrogênio, hélio e ferro mudam de frequência para vermelho ou azul.

Portanto, são os padrões de linha específicos produzidos por esses elementos quando são ionizados em estrelas que nos ajudam a identificá-los. Comparar as frequências de luz de elementos ionizados localmente com as frequências provenientes de estrelas distantes que nos dizem se as próprias estrelas estão se aproximando ou recuando.


Espectroscopia

Há um velho ditado que diz: “Uma imagem vale mais que mil palavras.” Para os astrônomos, se uma imagem vale mais que mil palavras, então um espectro vale mais que mil imagens.

Todo o espectro é uma propagação da luz de um objeto. Eles podem ser emitidos diretamente de um objeto (como uma estrela), refletidos em um objeto (como a lua) ou transmitidos através de um objeto (como uma estrela através de uma nuvem de gás ou através de uma atmosfera).

Esta é a capa do álbum original de & quotDark Side of the Moon & quot do Pink Floyd.

Uma das maneiras mais simples de ver um espectro é iluminar através de um prisma. Muitos dos primeiros físicos fizeram isso, incluindo Isaac Newton. O efeito atingiu um novo nível de fama quando o Pink Floyd lançou seu álbum & quotDark Side of the Moon & quot, cuja capa é mostrada à direita. Como diferentes comprimentos de onda (cores) de luz diminuirão em diferentes quantidades, um prisma atua para espalhar as cores.

Esse é o campo da espectroscopia - simplesmente separando a luz em suas cores individuais (onde & quotcor & quot inclui todos os comprimentos de onda, como raios gama, raios-x, ultravioleta, visível, infravermelho, microondas e rádio).

O que é cor?

A última vez que estive em uma loja de ferragens, eles tinham uma seção de pintura que tinha um estoque aparentemente infinito de cores sutilmente diferentes. De um "vermelho pulsante" a um "lilás novo", acho que a empresa de tintas deve ter contratado alguém para sentar o dia todo pensando em novos adjetivos para descrever a cor mais recente, misturando em mais uma parte o branco com o verde-espuma do oceano. A razão pela qual trago isso à tona é que em nossa vida cotidiana, & quotcor & quot é muito subjetivo. O que pode ser & quotado & quot para mim é & quotpointsetta & quot para outra pessoa, ou & quoted obsession & quot para outra pessoa.

Os astrônomos não podem realmente fazer isso. Eles não podem dizer que uma estrela é & quotresonante azul & quot enquanto outra é & quotjamaica bay & quot e uma terceira é & quotdanube. & Quot. Precisamos de uma maneira de quantificar o que & quotcor & quot realmente é. Para fazer isso, medimos a quantidade de luz emitida / refletida / transmitida por um filtro de uma cor e comparamos com a quantidade de luz recebida por um filtro de outra cor. Este processo é descrito a seguir.

Filtros de banda larga

Um & quotfiltro & quot é uma área da astronomia onde o uso vernáculo é semelhante ao científico. Um filtro é um dispositivo que filtra a maioria das cores de luz e permite a passagem de apenas um intervalo limitado. Por exemplo, se você olhar através de um painel de vitral vermelho, esse vidro vermelho é um filtro vermelho. Ele absorve todos os comprimentos de onda da luz, exceto os vermelhos e, portanto, apenas permite que os vermelhos cheguem ao seu olho.

Os filtros que os astrônomos usam geralmente são mais precisos do que um vitral vermelho (e, como consequência, muito mais caros). Eles são projetados e testados para permitir a passagem apenas de faixas muito precisas de luz. Por isso, os astrônomos usam conjuntos de filtros padronizados e quando citamos cores, eles sempre correspondem a um conjunto de filtros específico.

O mais comum é o sistema Johnson, que consiste em um conjunto de filtros ultravioleta (U), azul (B), "visível" (V, verde), vermelho (R) e infravermelho (I). Esses filtros são usados ​​principalmente porque são de banda larga, foram criados no início da astronomia e, portanto, quase todos os primeiros catálogos e dados estão neste sistema de filtro.

Para obter uma cor precisa e quantificável, os astrônomos medem a quantidade de luz por meio de um filtro e, a seguir, a quantidade de luz por meio de outro. Eles então os subtraem. Normalmente, a cor mais azul é subtraída da cor mais vermelha, como B-V ou B-R. Dessa forma, um número negativo significa que o objeto está mais azul, enquanto um número positivo indica que o objeto está mais vermelho.

Espectroscopia muito grosseira é feita dessa maneira. Quando você se aproxima do nível em que está examinando cores no nível de poucos Ångström, a espectroscopia "real" está ocorrendo.

Análise de cores de alta resolução - espectroscopia

A espectroscopia "real" é o estudo de alta resolução da cor - observando especificamente quais comprimentos de onda de luz são emitidos ou absorvidos por um objeto que está sendo estudado. "Real" é colocado entre aspas porque a definição real de espectroscopia é mais semelhante ao estudo da luz quando a matéria interage com ou emite luz. Isso não se refere a uma resolução específica, mas prefiro pensar na seção acima sobre filtros amplos como uma espectroscopia não clássica.

Quando alguém espalha a luz de um objeto como o sol em suas cores componentes de tal forma que eles podem resolver os diferentes comprimentos de onda no nível de talvez 10s de Å ou melhor, eles podem começar a observar que não é um continuum suave de cor. Em vez disso, haverá algumas áreas muito estreitas onde a cor está faltando. Essas cores ausentes (chamadas de & quotlines & quot) são causadas por átomos ou moléculas individuais que as absorvem, removendo-as do espectro. Isso é chamado de espectro de absorção e é ilustrado na próxima seção para o hidrogênio.

Em um caso diferente, digamos que alguém olhe para um farol de sódio (aquelas luzes amarelas que machucam seus olhos e geralmente são encontradas em estacionamentos) e espalhe a luz a partir daí. Nesse caso, em vez de um espectro de cores suave com algumas linhas ausentes, não haverá espectro de fundo, mas haverá algumas linhas de cor muito estreitas, a mais brilhante estando no amarelo. Isto é um Espectro de emissão e é causada por uma coleção quente de um ou mais átomos ou moléculas "excitados" (energéticos). Um exemplo disso é ilustrado na próxima seção para o hidrogênio.

Uma das principais utilidades dos espectros é que eles permitem aos cientistas determinar de que objetos são feitos. Podemos conduzir experimentos e saber exatamente em quais comprimentos de onda de luz os diferentes átomos e moléculas irão absorver ou emitir. Podemos então pegar os espectros de um objeto, analisar quais são os comprimentos de onda que estão faltando (no caso de uma absorção) ou presentes (no caso de uma emissão) e então encaixá-los em nossa biblioteca de espectros conhecida.

É assim que sabemos do que é feita a atmosfera de Júpiter. É assim que sabemos o que está saindo dos vulcões de Io. É assim que sabemos do que são feitas as nebulosas. É assim que podemos dizer qual é a proporção dos elementos em uma estrela em uma galáxia distante. E em outro uso, é assim que podemos dizer com que rapidez os objetos estão se movendo em nossa direção ou para longe de nós (discutido abaixo na seção & quotDoppler Shift & quot).

Um exemplo: hidrogênio

O hidrogênio é o elemento mais abundante do Universo. Como nós sabemos? Porque em todos os lugares que olhamos, vemos. Como vemos isso? De seu espectro:

Esta figura ilustra o espectro visível do hidrogênio. O topo indica um espectro de absorção porque o hidrogênio absorveu cores fora do espectro de fundo. A parte inferior indica um espectro de emissão porque o hidrogênio está brilhando para produzir as cores. As quatro linhas de hidrogênio visíveis estão especificamente em 410,2, 434,1, 486,1 e 656,3 nm (multiplique por 10 para obter Å). Figura criada por Stuart Robbins.

A ilustração acima é um espectro clássico de hidrogênio (tanto absorção quanto emissão). Essas quatro linhas de comprimento de onda visível também são conhecidas como Série Balmer. Eles são criados quando um elétron se move de um terceiro, quarto, quinto ou sexto estado de energia para o segundo. A mudança no nível de energia ao passar de um estado alto para um baixo libera uma quantidade precisa de energia que corresponde aos comprimentos de onda da luz mostrados acima.

Se alguém observar essas quatro linhas precisas em um espectro, poderá concluir que o hidrogênio está presente.

Observe que existem outras linhas de hidrogênio, mas não são visíveis ao olho humano. As linhas criadas quando um elétron vai de um orbital alto para o terceiro estado são chamadas de Série Paschen e estão em comprimentos de onda infravermelhos. As linhas criadas quando um elétron vai de um orbital alto para o primeiro estado (ou "fundo") são chamadas de Série de Lyman e estão em comprimentos de onda ultravioleta.

Um exemplo: Doppler Shift

Redshift: Digamos agora que você observe o que pensa ser um espectro de hidrogênio - você tem as quatro linhas que estão espaçadas razoavelmente perto de como deveriam ser - mas elas ocorrem nos comprimentos de onda errados. Na ilustração abaixo, eles estão 100 nm deslocados em direção à extremidade vermelha, ou redshifted.

Esta figura ilustra o espectro visível de hidrogênio que teve a linha de 656,3 nm desviada para o vermelho em 25 nm. Figura criada por Stuart Robbins.

Este fenômeno ocorre quando um objeto se afasta da Terra (ou de um observador arbitrário). A velocidade do objeto pode ser determinada pela equação

onde & lambda é o comprimento de onda de luz observado, & lambda 0 é o comprimento de onda original, c é a velocidade da luz, e v é a velocidade do objeto. No exemplo acima, com a linha "citada" de hidrogênio deslocada em 25 nm, o objeto que o absorve precisaria se afastar de nós a aproximadamente 11.430.000 metros por segundo (cerca de 3,8% da velocidade da luz).

Você também pode notar que esta mudança é dependente do comprimento de onda. Enquanto a velocidade de 11.430 km / s altera a linha vermelha em 25 nm, ela apenas altera a linha ciano em 18,5 nm, o azul escuro em 16,5 nm e o violeta em 15,6 nm.

É por isso que a espectroscopia de alta resolução é importante - a fim de detectar velocidades que são, digamos, 50 km / s (como o mais massivo dos exoplanetas observados), é necessário ser capaz de medir espectros no nível de 0,1 Å ou melhor (0,01 nm). Júpiter move nossa estrela em apenas 13 m / s em um período de 12 anos. Na linha de hidrogênio de 656,3 nm, esse é um deslocamento de apenas 0,00028 Å.

Turno azul: No entanto, na detecção de exoplanetas, a mudança pode ser multiplicada por um fator de 2: Quando o planeta faz com que a estrela se afaste de nós e sua luz seja desviada para o vermelho, na metade do ano, o planeta fará com que a estrela se mova agora em nossa direção, fazendo com que sua luz seja blueshifted pela mesma quantia.

Um blueshift é causado pelo mesmo efeito que o redshift, apenas o oposto - quando um objeto se move em nossa direção ao invés de se afastar de nós. Na equação acima, a velocidade agora seria negativa (uma vez que a distância está ficando menor) e, portanto, o comprimento de onda observado é menor.

Azul e Redshift: Agora, digamos que você observe o seguinte espectro:

Esta figura ilustra o espectro visível de hidrogênio que teve a linha de 656,3 nm desviada para o vermelho E desviada para o azul em 25 nm. Figura criada por Stuart Robbins.

Este espectro ainda é apenas hidrogênio. No entanto, as linhas foram duplicadas - tanto para o vermelho quanto para o azul na mesma proporção. É assim que podemos saber se um objeto está girando. O lado dele que está se movendo em nossa direção tem sua luz desviada para o azul, enquanto as partes do objeto que está se movendo para longe de nós são desviadas para o vermelho. A luz total do objeto terá, portanto, todas as linhas duplicadas (pelo menos) e podemos discernir sua taxa de rotação. Esta é uma forma de medir a rapidez com que outras estrelas estão girando.

Esta também é uma das principais formas de medir as taxas de rotação das galáxias. Uma vez que as galáxias não giram visivelmente na escala de tempo de uma vida humana, podemos efetivamente usar apenas a espectroscopia e o efeito Doppler para determinar a rapidez com que estão girando. Em particular, as taxas de rotação da galáxia espiral foram um dos primeiros indicadores da existência de "matéria escura" - material que parece interagir apenas gravitacionalmente com a matéria luminosa, mas não emite nenhuma luz observável, nem faz com que outros objetos mudem sua luz quando interagem com ela .


Como sabemos que a luz é redshifted / blueshifted e não a luz original de uma estrela / galáxia? - Astronomia

Prof. L. Sparke & # 9 & # 9ASTRONOMY 103 & # 9 & # 9 & # 9Fall 2000-2001

Revisão para o exame de 12 semanas (16 de novembro na aula)

Capítulo 5: & # 9Estrutura dos átomos das leis de Kirchhoff e relação com as linhas espectrais

Efeito Doppler (5-6 ao final do Capítulo 5).

CH. 18: & # 9O Sol. Tamanho, massa, temperatura - como sabemos? Fotosfera: convecção, manchas solares de grânulos, campo magnético. Atmosfera: cromosfera, coroa, vento solar. Produção de energia: queima de hidrogênio. Neutrinos solares, oscilações solares. Não: 18-5 o ciclo de manchas solares, efeito Zeeman.

Capítulo 19: & # 9Distâncias de paralaxe de estrelas. Brilho e luminosidade aparentes: caixa 19-2. Não 19-3 ou o sistema de magnitude. Espectros de classes O B A F G K M. Temperatura e classe espectral. Diagrama de RH. Massas de estrelas. Por que não há estrelas com 0,01 M? Por que não existem estrelas de 100 M? Não: 19-10 e 19-11 binários fechados e binários eclipsados.

CH. 20: & # 9Gás interestelar. O que são regiões HII e como as observamos? Onde está o gás denso? Onde em uma galáxia as estrelas se formam? Porque lá? Poeira, nebulosa de reflexão. Linhas de absorção de gás interestelar. Como as estrelas se formam: protoestrelas com discos, estrelas T Tauri. De onde as proto-estrelas obtêm energia para brilhar? O que acontece no núcleo quando eles atingem a sequência principal da idade zero?

Capítulo 21 e # 9Após a sequência principal: estágio de gigante vermelha (H queima na casca) flash de hélio, queima de hélio, ramificação horizontal e estrelas vermelhas. Contando a idade de um aglomerado de estrelas: quanto tempo as estrelas de diferentes massas permanecem na sequência principal? Estrelas pulsantes: cefeidas e estrelas RR Lyrae. Relação período-luminosidade. Estrelas binárias e transferência de massa.

CH. 25 e # 9Descoberta de nossa própria galáxia. Forma e tamanho do disco da Via Láctea, protuberância, halo, aglomerados globulares. Braços em espiral. Rotação da Via Láctea, medindo sua massa. Matéria escura: o que é?

Fórmulas: serão aplicadas no exame. Você não precisa memorizá-los, mas certifique-se de entendê-los.

a3 (em AU) = P2 (em anos) para planetas girando em torno do sol

E = h n = hc / l & # 9 & # 9 & # 9 & # 9 & # 9 F (energia, em Watts por metro quadrado) = s T 4

1 nanômetro (nm) = 10 -9 metros & # 9 & # 9 & # 9Perímetro do círculo = 2 p r área = p r 2

: Fórmula Doppler & # 9 & # 9 & # 9 L = 4 p R 2 s T 4

Brilho aparente & # 9 e # 9 & # 9Schwarzschild raio

Paralaxe: p (arcsec) = & # 9 & # 91 AU = 150 milhões de km

1. É encontrado um objeto que tem uma luminosidade 400 vezes maior que a do Sol (ou seja, 400 L) e uma temperatura 2 vezes a do Sol. Seu raio é

& # 9A. 1/5 do Sol & # 9 e # 9D. 5 vezes mais do que o Sol

& # 9B. 1/2 do Sol & # 9 e # 9E. 25 vezes mais do que o Sol

& # 9C. 2 vezes mais do que o Sol

2. Quando uma estrela fica sem combustível de hidrogênio em seu núcleo

& # 9A. não tem outra fonte de energia: torna-se uma anã branca

& # 9B. seu núcleo de hélio se contrai, fazendo com que a estrela encolha

& # 9C. seu núcleo de hélio se contrai, fazendo com que o resto da estrela se expanda e se torne uma gigante vermelha

& # 9D. o flash de hélio ocorre, expandindo o resto da estrela e formando uma gigante vermelha

3. Um astrônomo observando o espectro do Sol no equador solar descobre que a linha espectral Balmer H b (l = 486 nm) é desviada para o azul em 0,0033 nm quando medida em uma borda do disco do Sol em comparação com a mesma linha no centro do disco do Sol e é desviado para o vermelho na mesma proporção no equador do outro lado do disco do Sol. Se este deslocamento Doppler é devido à rotação do Sol (tente desenhar um diagrama), então a velocidade de rotação do Sol em seu equador é

& # 9A. 4 km / s & # 9B. 2 km / s & # 9C. 1 km / s e # 9D. 0,5 km / s

4. O isótopo 15 N tem um número atômico de 7. O núcleo deste isótopo contém

& # 9A. 7 nêutrons e 8 prótons & # 9C. 7 prótons e 15 nêutrons

& # 9B. 7 prótons e 8 nêutrons & # 9D. 7 nêutrons e 15 prótons

5. Um átomo de hidrogênio ionizado é simplesmente

& # 9A. um próton & # 9B. um nêutron & # 9C. um núcleo de hélio & # 9D. um elétron

6. Um astrônomo mede o espectro de uma estrela e encontra uma linha espectral no comprimento de onda de 499 nm. No laboratório, essa linha espectral ocorre em 500 nm. De acordo com o efeito Doppler, o objeto

& # 9A. está se afastando da Terra a 499/500 a velocidade da luz

& # 9B. está se afastando da Terra a 1/500 da velocidade da luz

& # 9C. está se movendo em direção à Terra a 1/500 da velocidade da luz

& # 9D. está se movendo em direção à Terra a 499/500 a velocidade da luz

7. Os centros das células granulares na superfície do Sol são mais brilhantes do que as bordas das células porque

& # 9A. os centros são compostos de gases diferentes das bordas

& # 9B. os centros são mais quentes do que as bordas

& # 9C. os centros são mais densos que as bordas

& # 9D. os centros são mais frios do que as bordas

8. O que causa a cor vermelha característica de uma nebulosa de emissão?

& # 9A. elétrons caindo de n = 2 para n = 1 em átomos de hidrogênio

& # 9B. radiação térmica (corpo negro)

& # 9C. elétrons caindo de n = 3 para n = 2 em átomos de hidrogênio

& # 9D. dispersão da luz das estrelas a partir de grãos de poeira na nebulosa

9. O que você esperaria encontrar na população de estrelas em um aglomerado globular?

& # 9A. muitos gigantes vermelhos, anãs brancas e estrelas vermelhas escuras, mas sem poeira e gás

& # 9B. estrelas ao longo de toda a sequência principal do azul brilhante ao vermelho escuro, sem estrelas gigantes vermelhas brilhantes, mas

& # 9 & # 9 & # 9 quantidades significativas de poeira e gás

& # 9C.principalmente estrelas anãs brancas e os estágios nebulares planetários de estrelas moribundas, mas não há estrelas vermelhas fracas, vermelhas

& # 9 & # 9 & # 9gigantes ou estrelas azuis brilhantes

& # 9D. principalmente gigantes e supergigantes azuis, com algumas estrelas gigantes vermelhas, anãs brancas e estrelas vermelhas fracas


Causas

Em termos astronômicos, a causa mais comum de longe para o deslocamento para o vermelho / azul é a velocidade relativa de um objeto em direção ou longe da Terra. Neste caso, o red / blueshift é devido, em última instância, a relatividade especial (o movimento de objetos em relação a um observador no espaço-tempo). Seja em nossa própria galáxia ou em outro lugar, a maioria dos objetos no espaço está se movendo em nossa direção ou se afastando de nós. Em uma escala cósmica, a expansão do universo significa que quase tudo fora de nosso superaglomerado galáctico está se afastando de nós em alta velocidade - e quanto mais longe, mais rápido é recebido. A luz e outras radiações recebidas de objetos muito antigos, que viajaram por bilhões de anos, também serão deslocadas para o vermelho, porque essa radiação terá sido afetada pela expansão do espaço ao longo do tempo, portanto, em uma escala cósmica muito grande, o deslocamento para o vermelho está relacionado para tempo / idade / anos atrás e distância, assim como velocidade - conhecida como Lei de Hubble. Quer a velocidade seja devido à expansão do espaço ou ao próprio movimento do objeto dentro do espaço, o resultado será uma mudança para vermelho / azul.

A outra causa conhecida para o redshifting é o efeito de extrema gravidade, conhecido como "redshift gravitacional". Neste caso, a explicação final é relatividade geral (o efeito da massa e da gravidade no espaço-tempo). Por exemplo, a radiação emitida muito perto de um objeto massivo, como um buraco negro, ou talvez passando por um objeto muito massivo em sua jornada até nós, pode ser deslocada para o vermelho devido à gravidade. (Teoricamente, também poderia funcionar ao contrário - um observador que pudesse de alguma forma pairar bem nas proximidades de um buraco negro pode ver outros objetos como desviados para o azul - mas na prática esta é uma perspectiva que nunca vemos na Terra).

Historicamente, por um tempo, essa "causa dupla" levou a alguma confusão, porque nos primeiros dias da radioastronomia, os astrônomos nem sempre tinham certeza se estavam vendo um objeto muito distante / em movimento rápido ou um objeto próximo afetado pela gravidade . No entanto, hoje em dia, os astrônomos geralmente têm certeza do que estão olhando.


Como Redshift e Blueshift nos ajudam a mapear o universo?

Agora que você entende o redshift e o blueshift, prepare-se para algumas revelações alucinantes que esses elementos simples podem fornecer.

Os astrônomos podem usar o redshift para determinar o movimento da nossa galáxia, a Via Láctea. Isso é conseguido medindo o deslocamento Doppler na luz que chega de galáxias próximas e comparando os resultados, em particular, intervalos de tempo, para determinar o deslocamento.

Essa informação revela como outras galáxias, nebulosas ou qualquer outro corpo emissor de luz está se movendo, com que magnitude e em que direção.

Abrangendo desde a galáxia mais próxima, Andrômeda, até as mais distantes galáxias com "alto desvio para o vermelho", o efeito Doppler pavimentou o caminho para inúmeras observações com níveis extremamente altos de precisão.

Isso também nos deu um vislumbre do estado original do universo, cerca de 13,7 bilhões de anos atrás, quando a história cósmica começou com o Big Bang.

O universo não apenas se expandiu desde então, mas sua expansão também está se acelerando. Alcançar esses resultados foi um pouco além do mero efeito Doppler . Na verdade, é o resultado da expansão do próprio espaço-tempo. Como o universo está geralmente se expandindo, observar o blueshift em grande escala é raro.


Se você fosse uma luz deixando uma estrela e pudesse se virar, o que veria?

Esta questão tem algumas implicações pseudocientíficas porque, como você provavelmente sabe, não podemos nos mover à velocidade da luz.

Portanto, vamos dizer que estamos nos movendo a 99,9999% da velocidade da luz para longe do sol. Se olharmos para o Sol, o que vemos? Bem, em primeiro lugar, você provavelmente não pareceria muito, porque a luz do Sol seria deslocada para o vermelho em cerca de z = 1400. Isso quer dizer que a luz óptica que vemos do Sol (com pico em um comprimento de onda de cerca de 500 nm, luz verde) seria deslocada para a parte submilímetro / rádio do espectro (em cerca de 0,7 mm). Assim, você não seria capaz de ver o Sol (ou qualquer outra estrela) enquanto olha para trás.

Que tal olhar para a sua frente? Bem, nessas velocidades, o Fundo de Microondas Cósmico mudaria da parte de micro-ondas do espectro para a parte infravermelha do espectro. Você começaria a ver um brilho vermelho em qualquer lugar à sua frente.

E se você estivesse viajando no A velocidade da luz? Bem, como eu disse, você pode & # x27t. & quotMas e se você pudesse? & quot. Você pode & # x27t. & quotMas e se? & quot. OK, tudo bem. Se você fosse um fóton viajando na velocidade da luz e olhasse para trás, o que veria? Os fótons provavelmente não experimentam tempo. (Observe que tudo isso é pseudociência.) Se nosso entendimento da relatividade for válido para referenciais viajando à velocidade da luz, então um fóton experimenta uma contração de comprimento infinito. Ele viaja por todo o comprimento do Universo instantaneamente em sua própria estrutura. Então, você nunca teria a chance de olhar para trás.


Respostas e Respostas

FAQ: O que a relatividade geral diz sobre as velocidades relativas de objetos que estão distantes um do outro?

Nada. A relatividade geral não fornece uma forma exclusivamente definida de medir a velocidade de objetos que estão distantes uns dos outros. Por exemplo, não há um valor bem definido para a velocidade de uma galáxia em relação a outra em distâncias cosmológicas. Você pode dizer que é um número grande, mas é igualmente válido dizer que os dois estão em repouso e o espaço entre eles está se expandindo. Nenhuma das descrições verbais é preferida em relação à outra em GR. Apenas as velocidades locais são definidas exclusivamente em GR, não as globais.

A confusão sobre este ponto está na raiz de muitos outros problemas na compreensão de GR:

Pergunta: Como as galáxias distantes podem estar se afastando de nós a mais do que a velocidade da luz?

Resposta: Eles não têm nenhuma velocidade bem definida em relação a nós. O limite de velocidade relativístico de c é local, não global, precisamente porque a velocidade não é globalmente bem definida.

Pergunta: A borda do universo observável ocorre no lugar onde a velocidade de Hubble em relação a nós é igual a c, de modo que o desvio para o vermelho se aproxima do infinito?

Resposta: Não, porque essa velocidade não é definida de maneira única. Para uma definição bastante popular de velocidade (com base nas distâncias medidas pelas réguas em repouso em relação ao fluxo do Hubble), podemos realmente observar galáxias que estão se afastando de nós a & gtc, e que sempre se afastaram de nós a & gtc . [Davis 2004]

Pergunta: Uma galáxia distante está se afastando de nós a 99% da velocidade da luz. Isso significa que ele possui uma grande quantidade de energia cinética, o que equivale a uma enorme quantidade de massa. Isso significa que sua atração gravitacional por nossa própria galáxia está muito aumentada?

Resposta: Não, porque podemos igualmente descrevê-lo como estando em repouso em relação a nós. Além disso, a relatividade geral não descreve a gravidade como uma força, mas sim como uma curvatura do espaço-tempo.

Pergunta: Como aplico uma transformação de Lorentz na relatividade geral?

Resposta: A relatividade geral não tem transformações de Lorentz globais, e uma maneira de ver que ela não pode tê-las é que tal transformação envolveria as velocidades relativas de objetos distantes. Essas velocidades não são definidas exclusivamente.

Pergunta: Quanto de um redshift cosmológico é cinemático e quanto é gravitacional?

Resposta: A quantidade de redshift cinemático depende da velocidade da galáxia distante em relação a nós. Essa velocidade não é exclusivamente bem definida, então você pode dizer que o desvio para o vermelho é 100% cinemático, 100% gravitacional ou qualquer coisa intermediária.

Davis e Lineweaver, Publicações da Sociedade Astronômica da Austrália, 21 (2004) 97, msowww.anu.edu.au/

Só porque a luz é velha, isso não significa que não podemos interpretá-la corretamente.

Você poderia dizer isso sobre qualquer outro tópico da ciência. A cosmologia é de fato uma ciência de alta precisão nos dias de hoje. Entendemos mais sobre cosmologia do que sobre as extinções recentes de muitas espécies de rãs ou sobre a supercondutividade de alta temperatura.

Isso não tem implicações cosmológicas especiais. A cosmologia lida com escalas muito maiores.

Você teria uma resposta para a questão de saber se as galáxias na borda do universo se movendo perto da velocidade da luz em nosso sistema de referência têm massa relativística que produz atração gravitacional sobre a luz, diminuindo-a? Isso não aumentaria o efeito doppler? E talvez faça com que a taxa de expansão pareça maior do que realmente é?

Obrigado pelas reflexões iniciais, embora não responda bem à minha pergunta.

Se estou ouvindo certo, a resposta curta é & quotnão sabemos & quot?

Vanádio, não acredito em sua resposta, pois estamos falando sobre a interpretação de um efeito, e não sobre o efeito em si.

A luz de Andromeda mudou para o azul, sim. Mas pode ser que a luz seja deslocada para o azul devido a efeitos cinemáticos, e também deslocada para o vermelho devido aos efeitos gravitacionais, e o efeito NET é um deslocamento para o azul.

O mesmo pode ser verdade para outros sistemas estelares / galáxias, mas a% de influência dos efeitos gravitacionais e cinemáticos pode variar. Daí porque eu pedi um%.

Também posso dar mais contexto, em termos de onde estou indo com isso. Se todo o desvio para o vermelho pode ser explicado pela gravidade, então não há evidências do fato de que as galáxias estão se afastando de nós. A evidência-chave para a teoria do Big Bang deixa de ser uma evidência. Isso enfraquece a teoria, e isso é importante.

Por falar nisso, a radiação cósmica de fundo também não é uma prova da teoria do Big Bang. O CMB só foi observado em nosso Sistema Solar - porque é onde estão nossos instrumentos de medição. Não há nada a dizer que existe em todos os lugares.

Qualquer avanço em qual% do desvio para o vermelho pode ser devido à gravidade. Pode ser mais de 80%?

Desculpe, eu deveria ter sido mais claro. Não estou afirmando que a massa relativística das galáxias seja a fonte de sua gravidade e, portanto, a fonte do desvio para o vermelho.

A fonte de gravidade é a massa dentro da galáxia. Isso não teria um efeito na luz que a galáxia emite?

Pelo que entendi, minha pergunta ainda é válida - alguma orientação?

Estamos falando de duas escalas diferentes aqui.

Em escalas pequenas, o espaço-tempo é aproximadamente plano, então faz sentido falar sobre desvios para o vermelho como cinemáticos ou gravitacionais, e a resposta é que eles são principalmente gravitacionais. A distância de nossa galáxia até Andrômeda está nesta escala.

Em grandes escalas, todas as galáxias têm desvios para o vermelho, o espaço-tempo não pode ser aproximado como plano e os desvios para o vermelho não podem ser atribuídos de forma inequívoca a efeitos cinemáticos ou gravitacionais, pelas razões explicadas em # 3.

A resposta curta é que a pergunta é inerentemente uma pergunta que não faz sentido. Perguntar se os redshifts cosmológicos são cinemáticos ou gravitacionais é como perguntar se a democracia tem cheiro de hortelã ou hortelã. Não estou dizendo que seja uma pergunta estúpida ou uma pergunta ruim. É uma pergunta muito natural e inteligente. Eu diria que era o tipo de pergunta que físicos de primeira linha teriam feito por volta de 1920. Simplesmente não é uma pergunta significativa no contexto do que agora sabemos sobre GR.

Para efeito de comparação, considere a questão de qual caminho um elétron viaja em um átomo de hidrogênio. Parecia uma pergunta razoável para Bohr, mas agora sabemos que é uma pergunta que não tem sentido. Uma trajetória não é algo que um elétron possui.

Nós sabemos exatamente por que existem redshifts cosmológicos. Não há mistério. GR explica-os perfeitamente. O & quotwhy & quot simplesmente não se encaixa nas categorias de cinemático ou gravitacional.

Como você pode provar que não estamos tendo uma visão distorcida dessas mudanças para o vermelho porque estamos perto da beira da Via Láctea?

Como calculamos com precisão o deslocamento Doppler gravitacional? Eu pensei que havia uma grande discrepância quanto à massa de uma galáxia por causa do número de desconhecidos - (tamanho / número de buracos negros)?

Estou tentando entender as teorias do universo e me perguntando se a Lei de Hubbles foi mal compreendida.

Eu sei que a luz de galáxias distantes foi desviada para o vermelho, ou seja, perdeu energia.

Mas não estou convencido de que isso signifique que essas galáxias estão se afastando de nós.

Qual% da perda de energia pode ser atribuída ao desvio para o vermelho gravitacional?

.

Brian Powell e Ben Crowell (e Jonathan agora) já responderam de forma precisa e extensa. Agora é apenas uma questão de as pessoas ouvirem e assimilarem o que foi dito.

Já é óbvio, a partir do testemunho de um especialista, que se você está falando da porcentagem de redshift cosmo de galáxias distantes, a contribuição gravitacional é essencialmente ZERO. E você pode até detectar isso com galáxias próximas porque a luz de dentro não é substancialmente mais vermelha do que a luz das bordas.

O deslocamento para o vermelho grav depende da profundidade em um poço de potencial grav. Se houver uma massa central, isso depende da proximidade da fonte de luz. O redshift é mais com fontes mais profundas no poço.

Portanto, se o redshift gravitacional fosse um contribuidor significativo, a galáxia não teria apenas um redshift, mas sim todos diferentes. Dependendo de onde você olhou na galáxia. Com galáxias perto o suficiente para que você possa obter amostras de luz de diferentes partes delas. Boa sorte!

Grav redshift não é um grande contribuidor inicial. Isso é quando alguém está olhando para galáxias distantes onde medimos um desvio para o vermelho cosmológico substancial. Onde você pode medir alguns, seria em alguma casa decimal, não na parte principal.
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O que Jon fez foi divertido. Use a calculadora do Google para, digamos, encontrar o grav redshift na luz proveniente da superfície do sol. Digitei isso na janela de pesquisa do Google sem as aspas:

& quotG * massa do sol / (raio do sol * c ^ 2) & quot

e eu consegui isso:
& quot (G * massa do sol) / (raio do sol * (c ^ 2)) = 2,12324397 × 10-6 & quot

isso é um desvio para o vermelho de DOIS MILHÕES. Tiny tiny.

O desvio gravitacional para o vermelho causado pela massa da galáxia com a fonte digamos 50.000 anos-luz do centro seria aproximadamente o mesmo, já que a massa da galáxia é cerca de 700 bilhões de vezes maior, e o RADIUS também é cerca de 700 bilhões de vezes maior. Os dois cancelam aproximadamente!

Se você quiser comparar a distância radial no exemplo, 50.000 LY, com o raio do sol, basta digitar na caixa do Google:
& quot50000 anos-luz / raio do sol & quot

Você receberá cerca de 700 bilhões.

Portanto, o desvio para o vermelho gravitacional para uma galáxia como a nossa é minúsculo, insignificante. Comparado com o tipo de redshifts cosmo medimos como 0.1, 0.5.1.2, 2.5, 7.1 etc. etc.

Nossa imagem do U é baseada em medições que estão em uma escala de tamanho totalmente diferente do que os pequenos efeitos de desvio para o vermelho da gravidade.

Para desvio para o vermelho gravitacional: Δλ / λ ≈ GM / rc 2

Para redshift doppler: Δλ / λ ≈ v / c

Alguns dependendo da massa (M) da galáxia, sua distância (r) e velocidade (v), você pode ter como no caso de Andrômeda, seu deslocamento doppler muito maior do que o gravitacional, e porque está se movendo em nossa direção, ele irá ser desviado para o azul em vez de desviado para o vermelho.

Mas algo sobre isso ainda me incomoda.

Por que a luz desviada para o vermelho significa que o universo está se expandindo?

É porque o comprimento de onda da luz ficou mais longo?

E se sim, o que isso tem a ver com expansão?

Explique em frases curtas e claras para que eu possa entender isso completamente.

Na relatividade especial, um desvio para o vermelho significa que o objeto está se afastando de você. Se você olhar ao redor em todas as direções e ver objetos cuja luz está desviada para o vermelho, isso significa que todos esses objetos estão se afastando de você.

Na relatividade geral, você tem pelo menos duas maneiras de descrevê-la, nenhuma das quais é preferida. Você pode interpretar da mesma forma que em SR (movimento da galáxia emissora) ou pode interpretar dizendo que os comprimentos de onda dos fótons aumentaram porque o espaço por onde eles estavam voando estava se expandindo (redshift gravitacional).

Brian Powell e Ben Crowell (e Jonathan agora) já responderam de forma precisa e extensa. Agora é apenas uma questão de as pessoas ouvirem e assimilarem o que foi dito.

Já é óbvio, a partir do testemunho de um especialista, que se você está falando da porcentagem de redshift cosmo de galáxias distantes a contribuição gravitacional é essencialmente ZERO. E você pode até detectar isso com galáxias próximas porque a luz de dentro não é substancialmente mais vermelha do que a luz das bordas.

O desvio para o vermelho grav depende da profundidade em um poço de potencial grav. Se houver uma massa central, isso depende da proximidade da fonte de luz. O redshift é mais com fontes mais profundas no poço.

Portanto, se o redshift gravitacional fosse um contribuidor significativo, a galáxia não teria apenas um redshift, mas sim todos diferentes. Dependendo de onde você olhou na galáxia. Com galáxias perto o suficiente para que você possa obter amostras de luz de diferentes partes delas. Boa sorte!

Grav redshift não é um grande contribuidor inicial. Isso é quando alguém está olhando para galáxias distantes onde medimos um desvio para o vermelho cosmológico substancial. Onde você pode medir alguns, seria em alguma casa decimal, não na parte principal.

Isso pode ser apenas uma diferença na terminologia, mas não concordo se isso pretende ser uma caracterização do que eu disse, pelas razões apresentadas no # 22. Não sei, talvez eu esteja criando confusão usando & quotgravitational redshift & quot em um sentido que é mais amplo do que o uso padrão.

O que eu acho que seria completamente incorreto (não que eu atribua isso a você ou a Chronos) seria uma afirmação de que quase todo o redshift cosmológico é devido ao movimento relativo da fonte e do observador.

Temos três casos:
1) Um fóton sofre um deslocamento Doppler à medida que passa por não homogeneidades, como os poços de gravidade de uma galáxia emissora ou receptora.
2) Um fóton é deslocado por Doppler, e descrevemos isso verbalmente como acontecendo porque a galáxia A é verbalmente descrita como se afastando da galáxia B cosmologicamente distante.
3) Fazemos as mesmas observações na mesma situação que a # 2, mas descrevemos verbalmente ambas as galáxias como estando em repouso.

Todos concordamos que o efeito nº 1 pode ser facilmente estimado numericamente e é insignificante em comparação com o nº 2 ou nº 3 para fótons que viajam por distâncias cosmológicas.

Se meu uso de & quotgravitational redshift & quot não for padrão, então deve haver algum outro termo para descrever o # 3. O que seria?

Em qualquer caso, a distinção entre # 2 e # 3 é verbal, não matemática, física ou empiricamente testável. Também somos livres para descrever um determinado desvio para o vermelho cosmológico como uma mistura 50-50 de # 2 e # 3 (chame-o de # 2.5).Podemos até dizer que galáxias cosmologicamente distantes estão se movendo em nossa direção, mas sua distância de nós está aumentando porque o espaço entre elas está se expandindo muito rápido (chame isso de # 4 ou algo assim). Ou podemos dizer que o espaço está se contraindo, mas ainda observamos redshifts em vez de blueshifts porque galáxias cosmologicamente distantes estão se afastando de nós muito rápido.


Pergunte a Ethan: O que causa o Light To Redshift?

Menos galáxias são vistas nas proximidades e a grandes distâncias do que nas intermediárias, mas isso é devido a uma & # 8230 [+] combinação de fusões e evolução de galáxias e também por ser incapaz de ver as próprias galáxias ultra-distantes e ultra-fracas. Muitos efeitos diferentes estão em jogo quando se trata de entender como a luz do Universo distante é deslocada para o vermelho.

A luz que você vê, quando olha para as estrelas e galáxias que preenchem o Universo, não é a mesma que a luz que é emitida por essas mesmas estrelas e galáxias. Antes que possa chegar aos nossos olhos, a luz emitida tem que viajar grandes distâncias - de alguns anos-luz para as estrelas mais próximas a bilhões de anos-luz para as galáxias mais distantes - e enfrentar todos os obstáculos que o Universo coloca em seu caminho . Então, como sabemos o que a luz que vemos realmente nos diz? É isso que Peter Ehret quer saber, escrevendo para perguntar:

Se a luz está se movendo pelo espaço que está se expandindo, a velocidade é creditada com a expansão do espaço subjacente? [& # 8230] Um arremessador que lança uma bola de um impasse joga a 100 mph, mas o mesmo arremesso de uma plataforma movendo-se a 25 mph voa a 125 mph. É assim para a luz? O que significa uma mudança para o vermelho ou para o azul em termos de velocidade da luz?

Há muito para desempacotar, mas o Universo deve enfrentar tudo.

A galáxia distante MACS1149-JD1 é gravada por um aglomerado de primeiro plano, permitindo que seja & # 8230 [+] fotografada em alta resolução e em vários instrumentos, mesmo sem tecnologia de próxima geração. A luz desta galáxia vem até nós 530 milhões de anos após o Big Bang, mas as estrelas dentro dela têm pelo menos 280 milhões de anos. É a segunda galáxia mais distante com uma distância espectroscopicamente confirmada, posicionando-a a 30,7 bilhões de anos-luz de distância de nós.

ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE, W. ZHENG (JHU), M. POSTMAN (STSCI), THE CLASH TEAM, HASHIMOTO ET AL.

Imagine que você tem um objeto distante fora da Via Láctea. Em sua mente, você poderia simplesmente desenhar uma linha reta que conecte essa galáxia distante a nós e imaginar a luz viajando ao longo dessa linha direto para nossos olhos. É tentador fazer a coisa mais direta que você pode imaginar:

  • calcule a distância dessa linha (em anos-luz),
  • imagine um fóton deixando sua galáxia natal,
  • viajando ao longo dessa linha pela quantidade certa de tempo (em anos) para percorrer essa distância através do espaço,
  • e então ver o fóton chegar aqui, onde estamos.

Só que, quando medimos a luz que vem de objetos distantes, essa não é a história que o Universo conta. Em vez disso, essa luz é afetada por tudo ao longo de seu caminho, e a luz que acabamos observando é muito diferente da luz emitida por aquela fonte extragalática distante.

Quanto mais distante uma galáxia está, mais rápido ela se expande para longe de nós e mais sua luz aparece & # 8230 [+] desviada para o vermelho. Uma galáxia se movendo com o Universo em expansão estará a um número ainda maior de anos-luz de distância, hoje, do que o número de anos (multiplicado pela velocidade da luz) que a luz emitida por ela levou para nos alcançar. Mas só podemos compreender os desvios para o vermelho e os desvios para o azul se os atribuirmos a uma combinação de contribuições do movimento (relativística especial) e do tecido em expansão (relativística geral).

Larry McNish do RASC Calgary Center

A luz, em virtude de não ter massa em repouso, mas ainda transportar energia e momentum, nunca pode desacelerar enquanto viaja pelo Universo, ela só pode viajar na velocidade da luz. Enquanto um objeto com massa sempre se moverá mais devagar do que a velocidade da luz - já que acelerá-lo até a velocidade da luz exigiria uma quantidade infinita de energia - a própria luz deve sempre viajar na mesma velocidade: c, ou a velocidade da luz no vácuo.

Somente quando não está no vácuo, ou seja, quando passa por um meio contendo matéria, a luz desacelera. Essa desaceleração afeta diferentes frequências (ou cores) de luz em diferentes quantidades, da mesma forma que a luz branca que passa por um prisma se divide em diferentes cores em diferentes ângulos, porque a quantidade de luz que diminui depende da energia individual dos fótons. Uma vez que volta para o vácuo, entretanto, ele volta a se mover na velocidade da luz. A única diferença é que a luz, tendo passado por um meio, agora está borrada.

Animação esquemática de um feixe de luz contínuo sendo dispersado por um prisma. Se você tivesse olhos ultravioleta & # 8230 [+] e olhos infravermelhos, você & # 8217d seria capaz de ver que a luz ultravioleta se curva ainda mais do que a luz violeta / azul, enquanto a luz infravermelha permaneceria menos curvada do que a luz vermelha. A velocidade da luz é constante no vácuo, mas diferentes comprimentos de onda de luz viajam em diferentes velocidades através de um meio.

LucasVB / Wikimedia Commons

No início da relatividade, havia um grande número de desafios para as teorias de Einstein e as previsões que elas faziam. A luz sempre se moveu a uma velocidade constante através do Universo? Não havia realmente necessidade de um meio pelo qual a luz pudesse viajar? A estrutura do espaço realmente se curvou e se distorceu devido à presença de matéria e energia? E o Universo estava realmente se expandindo?

Uma alternativa era o cenário da luz cansada, que previa que a luz perderia energia ao viajar pelo meio do espaço. A luz que chega parece ter menos energia do que a luz que deve ter sido emitida, mas a falta de maior desfoque em distâncias maiores descartou isso. A luz se movia a uma velocidade constante e independente do comprimento de onda através do vácuo do espaço, sem a necessidade de um meio baseado em experimentos e observações. O mais empolgante é que a estrutura do espaço realmente demonstrou curvatura próxima às massas, em linha com as previsões de Einstein & # 8217.

Não apenas a coroa do Sol & # 8217s é visível durante um eclipse solar total, mas também, sob as condições certas, estrelas localizadas a uma grande distância. Com as observações corretas, pode-se testar a validade da Relatividade Geral de Einstein & # 8217s contra as previsões da gravidade newtoniana. O eclipse solar total de 29 de maio de 1919 foi agora um total de 100 anos atrás e marca talvez o maior avanço na história científica da humanidade. Mas um experimento mental totalmente diferente envolvendo o desvio gravitacional para o vermelho poderia ter demonstrado, anos antes, a natureza insuficiente da relatividade especial.

Miloslav Druckmuller (Brno U. of Tech.), Peter Aniol e Vojtech Rusin

Se a teoria geral da relatividade de Einstein e # 8217 - que combinava a relatividade especial e a constância da velocidade da luz com a gravitação - estivesse correta, a velocidade da luz nunca pode mudar enquanto se move através do universo. Todas as diferentes coisas que a luz pode experimentar, desde viajar através do espaço curvo e em expansão, passando pela matéria intermediária (normal e escura) até o movimento relativo da fonte emissora e do observador, todas a afetam, mas não alterando sua velocidade.

A forma como a luz compensa todas as diferentes coisas que podem afetar sua energia é ganhando ou perdendo energia, o que se traduz em:

  1. um blueshift, que corresponde a um ganho de energia, um encurtamento de seu comprimento de onda e um aumento em sua frequência,
  2. ou um desvio para o vermelho, que corresponde a uma perda de energia, um aumento de seu comprimento de onda e uma diminuição de sua frequência.

Quando levamos tudo em consideração, descobrimos que existem cinco maneiras principais pelas quais a luz é afetada em sua jornada pelo Universo.

Esta animação simplificada mostra como a luz muda para o vermelho e como as distâncias entre objetos não ligados mudam & # 8230 [+] ao longo do tempo no Universo em expansão. Observe que os objetos começam mais próximos do que a quantidade de tempo que a luz leva para viajar entre eles, a luz muda para o vermelho devido à expansão do espaço e as duas galáxias terminam muito mais distantes do que o caminho de viagem da luz percorrido pelo fóton trocado entre eles.

1.) O tecido do espaço se expande. Esta é a principal causa responsável pelo desvio para o vermelho que vemos em galáxias distantes. A luz viaja através da estrutura do espaço, que está se expandindo conforme o tempo avança desde o Big Bang, e esse espaço em expansão estende o comprimento de onda da luz que viaja por ele.

Uma vez que a energia da luz é definida por seu comprimento de onda, a luz muda para o vermelho mais severamente quanto mais distante a galáxia emissora está, porque galáxias mais distantes requerem mais tempo para que sua luz finalmente alcance a Terra. Nossa imagem ingênua de luz viajando ao longo de uma linha reta, caminho imutável, só funciona em um Universo sem expansão, que não descreve o que vemos ou o que a Relatividade Geral prediz. O Universo está se expandindo e esse é o principal contribuinte para os desvios para o vermelho que vemos.

Um objeto emissor de luz movendo-se em relação a um observador terá a luz que ele emite & # 8230 [+] deslocada dependendo da localização de um observador. Alguém à esquerda verá a fonte se afastando dela e, portanto, a luz será desviada para o vermelho, alguém à direita da fonte a verá desviada para o azul, ou desviada para frequências mais altas, conforme a fonte se move em direção a ela.

Usuário do Wikimedia Commons TxAlien

2.) O movimento de objetos em relação a nós. Assim como uma sirene da polícia soa mais aguda quando se move em sua direção e mais baixa quando se afasta de você, a frequência da luz que observamos muda para frequências mais altas (blueshift) ou mais baixas (redshift), dependendo do velocidade relativa da fonte e do observador.

Em astronomia, chamamos isso de & # 8220 velocidade peculiar & # 8221 uma vez que & # 8217 é principalmente devido à velocidade da galáxia em questão em relação a nós, e geralmente é de algumas centenas ou milhares de quilômetros por segundo. Duas galáxias na mesma distância podem ter seu redshift ou blueshift diferir significativamente, particularmente dentro de ricos aglomerados de galáxias, onde movimentos peculiares são mais rápidos. O fato de que podemos explicar e quantificar isso definitivamente nos diz que este não é o contribuinte dominante para redshifts cosmológicos.

Uma distante galáxia de fundo é tão severamente atingida pelo aglomerado intermediário, preenchido por galáxias, que três imagens independentes da galáxia de fundo, com tempos de viagem de luz significativamente diferentes, podem ser vistas.

3.) Lente gravitacional. O tecido do espaço não está apenas se expandindo, ele também é curvado pela presença de matéria e energia dentro do Universo. Essa curvatura significa que a distância entre quaisquer dois pontos não é uma linha reta e contínua, mas sim um caminho curvo através do espaço: uma geodésica. Dependendo de quanto espaço é curvado, isso pode atrasar a chegada da luz em quantidades significativas além do tempo que levaria sem essas massas e a curvatura extra, o que significa que a luz tem que viajar por mais tempo do que faria, caso contrário , através da expansão do Universo.

Esse atraso de tempo adicional significa que a luz experimenta um redshift adicional, e até mesmo que uma fonte gravitacionalmente com lentes que exibe várias imagens seguindo caminhos separados através de espaço mais (ou menos) severamente curvado terá redshifts diferentes para imagens diferentes. A relatividade geral exige que esse efeito exista, mesmo que nosso equipamento astronômico ainda não seja avançado o suficiente para detectá-lo.

Esta imagem do telescópio espacial Hubble da NASA / ESA mostra um enorme aglomerado de galáxias, PLCK_G308.3-20.2, brilhando & # 8230 [+] intensamente na escuridão. Foi descoberto pelo satélite ESA Planck através do efeito Sunyaev-Zel’dovich - a distorção da radiação cósmica de fundo em micro-ondas na direção do aglomerado de galáxias por elétrons de alta energia no gás intracluster. A grande galáxia no centro é a galáxia mais brilhante do aglomerado e, acima dela, um arco de lente gravitacional fino e curvo é visível. É assim que se parecem grandes faixas do distante Universo.

ESA / Hubble & amp NASA, RELICS Reconhecimento: D. Coe et al.

4.) Interações com a matéria. O Universo é principalmente um espaço vazio, mas a matéria ainda existe. Em particular, grande parte dessa matéria está na forma de gás (que vem em uma variedade de temperaturas) ou plasma ionizado. Quando a luz passa pela matéria onde pode interagir com partículas carregadas (elétrons em particular), parte dessa luz será impulsionada para energias mais altas onde não será mais observada, mudando o espectro dessa luz.

Embora isso seja mais observável para a luz que sobrou do Big Bang, ocorre em princípio para todas as formas de luz e muda a temperatura e o espectro da luz que observamos antes de chegar aos nossos detectores. Isso afeta a luz devido à temperatura, movimento e polarização do gás / plasma que interage com a luz que passa por ele. Ele desempenha apenas um papel muito menor na prática, mas é um efeito real.

Quando uma estrela se aproxima e atinge o periapsia de sua órbita em torno de uma massa estelar ou buraco negro supermassivo & # 8230 [+], seu desvio para o vermelho gravitacional e sua velocidade orbital aumentam. Se pudermos medir os efeitos apropriados da estrela em órbita, devemos ser capazes de determinar as propriedades do buraco negro central, incluindo sua massa e se ele obedece às regras da relatividade geral e especial.

5.) Redshift gravitacional. Quando você é um objeto massivo que emite luz, essa luz precisa sair do potencial gravitacional criado por sua massa. Como a luz não pode diminuir a velocidade (ela sempre se move na velocidade da luz), isso significa que ela tem que perder energia para alcançar o espaço interestelar ou intergaláctico. Da mesma forma, antes que a luz chegue aos seus olhos, ela deve cair no potencial gravitacional de nosso próprio Grupo Local, galáxia e Sistema Solar, causando um ganho de energia e uma mudança para o azul.

Tudo isso afeta a freqüência da luz. Além disso, a estrutura se forma ativamente no Universo ao longo do tempo, de modo que o potencial gravitacional em que um fóton cai (digamos, se ele passa por um aglomerado de galáxias) pode ser diferente do potencial gravitacional milhões de anos depois, quando o fóton sobe para fora dela. Esses efeitos - tanto do potencial gravitacional quanto das mudanças no potencial gravitacional - foram detectados e contribuem para o desvio para o vermelho final da luz observado.

Uma parte do Hubble eXtreme Deep Field em luz UV-vis-IR completa, a imagem mais profunda já obtida. & # 8230 [+] As diferentes galáxias mostradas aqui estão em diferentes distâncias e redshifts, e nos permitem entender como o Universo está se expandindo hoje e como essa taxa de expansão mudou ao longo do tempo.

NASA, ESA, H. Teplitz e M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) e Z. Levay (STScI)

A velocidade da luz nunca muda no vácuo do espaço apenas quando passa por um meio (e apenas enquanto a luz está passando por esse meio) é a velocidade da luz sempre diferente de c, o limite máximo de velocidade cósmica. No entanto, existem cinco efeitos reais que podem causar um desvio para o vermelho ou para o azul à medida que a luz viaja pelo Universo, e a lição mais importante é que podemos contabilizar quantitativamente todos eles.

Esse é o efeito da matéria no Universo, a expansão e evolução da estrutura do espaço e como as diferentes massas e formas de energia se movem e afetam esse espaço. Tudo isso afeta a luz que viaja pelo espaço, mas não alterando sua velocidade. Em vez disso, eles alteram o caminho que a luz viaja e o comprimento de onda que a luz possui, e isso faz toda a diferença. Somente levando em conta todos os efeitos juntos podemos entender verdadeiramente o que acontece com a luz enquanto ela viaja pelo Universo em expansão.


O que é um espectro e o que eles nos dizem?

Se você deixar a luz do Sol passar por um prisma, o resultado será uma exibição maravilhosa de todas as cores do arco-íris. Separar as cores combinadas do Sol dessa forma dá a você um "espectro", que é apenas uma medida da emissão de luz em função da energia (ou comprimento de onda, ou frequência, que estão todos relacionados). Esse espectro do Sol é conhecido como "espectro visível", mas é apenas uma pequena parte da luz no espectro eletromagnético, que abrange energias de ondas de rádio a raios gama.

O espectro do Sol aparece como um espectro contínuo e é frequentemente representado como mostrado abaixo. Este tipo de espectro é chamado de espectro de emissão porque o que você está vendo é a radiação direta emitida pela fonte. No caso do Sol, a luz é emitida em quase todas as energias no espectro visível, razão pela qual você vê todas as cores no espectro solar.

Considere outro espectro, conforme mostrado abaixo:

Claramente, este não é um espectro contínuo, no entanto, ainda representa a radiação visível que foi separada em suas cores constituintes. Na imagem acima, o eixo horizontal mostra a energia (ou cor) da luz, o mesmo que o espectro acima, a luz é emitida apenas em determinadas energias "discretas" correspondentes às linhas brilhantes. Acontece que cada elemento químico emite seu próprio padrão característico. O mostrado acima é característico do carbono. Esse tipo de espectro pode ser gerado para muitos elementos vaporizando o elemento em uma chama.

Podemos aprender muito com essas linhas espectrais. Duas coisas muito importantes que podemos aprender com as linhas espectrais são a composição química dos objetos no espaço e seus movimentos.

Composição química

Durante a primeira metade do século 19, cientistas como John Herschel, Fox Talbot e William Swan estudaram os espectros de diferentes elementos químicos em chamas. Desde então, consolidou-se a ideia de que cada elemento produz um conjunto de linhas de emissão características. Cada elemento tem várias linhas de emissão proeminentes e muitas menores em um padrão característico.

O sódio, por exemplo, tem duas linhas amarelas proeminentes (as chamadas linhas D) em 589,0 e 589,6 nm & # 150 qualquer amostra que contenha sódio (como sal de cozinha) pode ser facilmente reconhecida usando este par de linhas.

Os estudos do espectro do Sol revelaram absorção linhas, em vez de linhas de emissão (linhas escuras contra o continuum mais brilhante).A origem precisa dessas 'linhas Fraunhofer' como as chamamos hoje permaneceu em dúvida por muitos anos, até que Gustav Kirchhoff, em 1859, anunciou que a mesma substância pode produzir linhas de emissão (quando um gás quente está emitindo sua própria luz) ou linhas de absorção (quando uma luz de uma fonte mais brilhante e geralmente mais quente é irradiada através dela). Com essa descoberta, os cientistas passaram a ter como determinar a composição química das estrelas por meio da espectroscopia.

Estrelas não são os únicos objetos para os quais podemos identificar elementos químicos. Qualquer espectro de qualquer objeto nos permite procurar assinaturas de elementos. Isso inclui nebulosa, vestígios de supernovas e galáxias.

Espectro de raios-X do remanescente de supernova Cas A a partir de dados ASCA. (Crédito: Holt et al., PASJ 1994)

Movimentos de estrelas e galáxias

Depois de identificarmos elementos específicos em um espectro, também podemos verificar se as linhas de emissão desses elementos foram deslocadas de onde poderíamos esperar encontrá-las. Embora geralmente falemos sobre espectros de emissão como se os comprimentos de onda das linhas fossem fixos, isso só é verdade quando a fonte que emite as linhas e o detector "vendo" as linhas não estão se movendo em relação um ao outro. Quando eles estão se movendo em relação uns aos outros, as linhas aparecem deslocadas. Por exemplo, se uma estrela está se movendo em nossa direção, suas linhas serão observadas em comprimentos de onda mais curtos, o que é chamado de "desvio para o azul". Se a estrela estiver se afastando de nós, as linhas aparecerão em comprimentos de onda mais longos, o que é chamado de "desvio para o vermelho". Este fenômeno é chamado de "deslocamento Doppler".

Se o espectro de uma estrela for alterado para vermelho ou azul, você pode usar isso para inferir suas velocidades ao longo da linha de visão.

Voltar para encontrar a órbita e o período do companheiro do buraco negro


Refutando os críticos: Distant Starlight e ASC

Os cientistas publicam novos modelos na literatura técnica revisada por pares para que as alegações possam ser examinadas por outro Ph.D. cientistas com experiência na área relevante. Os revisores são capazes de oferecer críticas construtivas precisamente porque têm conhecimento da área. Além disso, eles também têm a tarefa de rejeitar publicações que não resistem ao escrutínio científico. Isso também requer que os revisores sejam altamente qualificados na área.

No entanto, parte da oposição mais vocal à criação bíblica é cientificamente absurda e vem de pessoas que não são nem remotamente educadas sobre o assunto que estão abordando. Tais afirmações nunca seriam publicadas na literatura técnica porque qualquer pessoa com conhecimento do assunto reconheceria seu absurdo. Mas a internet nivelou o campo de jogo e tornou possível para qualquer pessoa postar qualquer reclamação sem instrução.

Claro, a Internet também pode ser usada para promover a verdade. E alguns sites insistem no controle de precisão revisado por pares. Mas a maioria não. Qualquer pessoa pode postar suas conjecturas incultas nos fóruns do Facebook. Por esse motivo, não devemos levar a sério as postagens da Internet, a menos que tenhamos algum outro motivo para confiar na confiabilidade de sua fonte.

Alguém me enviou recentemente uma postagem na Internet de um crítico que pensa ter refutado a solução ASC para o problema da luz das estrelas distantes. Pedro ofereceu treze proposições na tentativa de apoiar sua conclusão. Surpreendentemente, nem mesmo um deles está correto. Vamos examinar seus erros aqui. Na verdade, se Peter tivesse colocado suas afirmações como perguntas, elas teriam sido boas perguntas. Portanto, espero que minha resposta aqui ajude as pessoas a se familiarizarem com essa fascinante área da física. Os comentários de Peter estão em texto roxo com minha resposta em preto.

Peter: TESE: Lisle & # 8217s yec Hipótese One-Way-Lightspeed Foi Empiricamente Falsificada

Peter: P1. Uma solução proposta yec para o problema da luz das estrelas yec (ou seja, como pode o universo ser 10.000 anos jovem quando leva milhões de anos para chegar aqui de uma galáxia que está a milhões de anos-luz de distância) é a hipótese de Lisle de que a luz viaja na velocidade INFINITA em direção à Terra, mas na velocidade C / 2 em uma direção afastada da Terra. No entanto, essa hipótese foi FALSIFICADA pelas evidências empíricas. Veja abaixo.

Dr. Lisle: Peter começou mal, pois ele não declarou corretamente minha posição - ele cometeu a falácia do espantalho. Ele se refere à velocidade unilateral da luz sendo infinita em direção a um observador como minha hipótese. Na verdade, não é nem minha, nem uma hipótese. É um convenção de sincronia, um que tem sido usado ao longo da história. Uma convenção de sincronia é um padrão definido pelo qual atribuímos coordenadas a eventos no espaço-tempo, assim como o sistema métrico nos permite atribuir quantidades a propriedades como massa, comprimento, força e assim por diante. Peter está tentando refutar uma convenção, um pouco como argumentar que o sistema métrico foi empiricamente falsificado. Mas, uma vez que as convenções são definidas, elas não podem ser falsificadas.

Dra. Lisle: Estou registrado como concordando com Albert Einstein que a velocidade unilateral da luz "não é, na realidade, nem um suposição nem uma hipótese sobre a natureza física da luz, mas um estipulação que posso fazer de minha própria vontade para chegar a uma definição de simultaneidade ”(Einstein 1961, p. 23) [ênfase está no original, sublinhado adicionado]. Isso foi discutido em meu artigo técnico original revisado por pares sobre este tópico, [1] em minhas apresentações sobre astronomia, [2] e em detalhes em meu livro The Physics of Einstein. Aparentemente, Peter não sentiu necessidade de ler atentamente sobre minha posição, nem sobre o rico corpo de literatura científica que existe sobre esse assunto, antes de postar suas afirmações na internet. É por isso que suas alegações nunca seriam aprovadas na revisão por pares e não seriam publicadas em nenhuma revista científica.

Peter: P2. Para mostrar que a hipótese de Lisle & # 8217s é FALSA, NÃO precisamos medir a velocidade unilateral da luz. Veja abaixo.

Dr. Lisle: Isso repete a falácia do espantalho original de Peter. Concordo com Einstein que a velocidade unilateral da luz não é uma hipótese, mas uma estipulação que nos permite definir o que constitui relógios sincronizados para um determinado observador. Peter pode discordar de Einstein nessa questão, mas ele precisa ser honesto e admitir que a ideia remonta a Einstein e não é algo que eu inventei. Além disso, para que Peter mostre que a velocidade unilateral da luz não é convencional, ele realmente teria que construir algum tipo de experimento para medir a velocidade unilateral da luz, direta ou indiretamente, e sem pressupor tacitamente isto. Caso contrário, sua afirmação é simplesmente uma afirmação sem fundamento.

Peter: P3. A hipótese de Lisle é que a velocidade da luz é INFINITA em direção à Terra, mas C / 2 de distância da Terra.

Dr. Lisle: Novamente, isso não é uma hipótese, mas uma convenção de sincronia - um sistema de coordenadas para registrar a hora de todos os eventos no universo para um determinado observador. Eu me refiro a isso como o sistema ASC. A alternativa mais popular é o sistema ESC, em que a velocidade unilateral da luz no vácuo é definida como a mesma em todas as direções para qualquer observador inercial. Mas na convenção ASC, a velocidade unilateral da luz é definida como infinita quando direcionada para um observador (não a terra necessariamente), e c / 2 quando longe do observador. Além disso, publiquei a equação para direções intermediárias em meu artigo técnico de 2010 e também em meu livro sobre o assunto. Ou seja, a velocidade unilateral da luz (cθ) é estipulado como cθ = c / (1-cos (θ)), onde θ = 0 indica a direção diretamente para o observador, ec é a velocidade de ida e volta da luz. Basicamente, a equação mostra que quanto mais próximo o ângulo estiver de zero, mais rápida será a velocidade unilateral da luz. Apenas luz em movimento diretamente em direção a um observador tem velocidade infinita. Isso é de vital importância, mas Pedro parece ignorar tudo isso, como será mostrado a seguir.

Peter: P4. Essa hipótese foi FALSIFICADA de várias maneiras diferentes. Veja abaixo.

Dr. Lisle: Uma vez que é uma convenção de sincronia e não uma hipótese, não pode ser falsificada mais do que o sistema métrico. Peter está inconscientemente tentando refutar um sistema de coordenadas.

Peter: P5. PRIMEIRO. Lentes gravitacionais de luz de uma única supernova (Refsdel [sic] supernova em 2014-2015) dividem a luz da supernova em CINCO diferentes feixes de luz que se dirigem para a Terra, porém por caminhos diferentes baseados em lentes gravitacionais [sic]. Esses caminhos tinham comprimentos diferentes com base nas direções específicas das lentes gravitacionais.

Dr. Lisle: Permita-me explicar isso com a ilustração abaixo. Uma estrela explodiu em uma galáxia distante, tornando-se brevemente muito brilhante - uma supernova. Essa supernova é o ponto A no diagrama. Como a luz desta supernova (a linha vermelha) passou por outra galáxia no ponto B, ela foi desviada ligeiramente pela gravidade de todas as estrelas e massa nesta outra galáxia (lentes gravitacionais), e parte dessa luz foi então direcionada para observadores na terra no ponto C. Observamos o evento em 2014. A imagem da supernova (ponto D) vista da terra parecia ligeiramente diferente de sua verdadeira localização (A), devido à curvatura da luz pela gravidade do galáxia intermediária. Na verdade, observamos quatro imagens separadas da supernova porque a luz havia tomado quatro caminhos diferentes de comprimento aproximadamente igual.

Dr. Lisle: No entanto, parte da luz da supernova teve um efeito diferente e mais tempo caminho - mostrado em azul. Esta luz foi dobrada pela gravidade da galáxia no ponto E e, em seguida, redirecionada para observadores na Terra no ponto C. Observamos esta luz em 2015 - um ano após o (s) feixe (s) de luz mostrado (s) em vermelho. Então, vimos a imagem da supernova no ponto F um ano após a (s) imagem (ns) no ponto D.

A luz de uma supernova (A) é desviada pela gravidade de uma galáxia antes de chegar à Terra (C).

Peter: SE a velocidade da luz em direção à Terra é infinita, então TODAS AS CINCO imagens da Supernova deveriam ter chegado à Terra no MESMO instante.

Dr. Lisle: Isso está errado. De jeito nenhum da luz no diagrama está se movendo diretamente para os observadores na terra. A afirmação de Pedro aqui revela que ele não pensou cuidadosamente sobre o cenário. Veremos o porquê abaixo.

Peter: MAS se a velocidade da luz em direção à Terra NÃO é infinita, mas sim um número FINITO (como C), então as CINCO imagens da supernova deveriam chegar à Terra em DIFERENTES instantes no tempo. [1] EMPIRICAMENTE, vemos que as imagens (as primeiras quatro contra a quinta) da supernova chegaram à Terra em DIFERENTES instantes no tempo. Portanto, esta é a confirmação EMPÍRICA de que a hipótese da velocidade da luz infinita unidirecional de Lisle & # 8217 é FALSA.

Dra. Lisle: o erro de Peter aqui é chamado de viés de confirmação. Isso ocorre quando a evidência é obtida para apoiar uma posição particular, quando a mesma evidência é igualmente consistente com a alternativa. Em outras palavras, ao contrário da afirmação de Pedro, Ambas ESC e ASC prevêem que a luz da supernova que segue o caminho mais longo chegará mais tarde do que a luz que segue o caminho mais curto. Aqui está o porquê:

Dr. Lisle: Olhe novamente para a figura acima. Dos quatro segmentos de linha que representam os caminhos da luz, a saber, AB, BC, AE e EC, qual desses caminhos representa o movimento da luz diretamente em direção aos observadores na Terra? Apenas segmentos BC e EC. Nos segmentos AB e AE, a luz é não movendo-se diretamente em direção aos observadores na Terra, mas está viajando em um ângulo. Uma vez que não é diretamente para o observador, a luz ao longo desses caminhos não têm velocidade infinita. Em vez disso, sua velocidade será determinada pelo ângulo, de acordo com a equação que dei acima.

Dr. Lisle: A equação mostra que quanto mais perto a luz estiver de ser apontada diretamente para o observador, mais rápido será. Então, dos dois feixes de luz iniciais, AB e AE, qual deles está mais próximo do observador? Em outras palavras, qual ângulo é menor, ângulo BAC ou ângulo EAC? Claramente, o ângulo BAC é menor. Portanto, a luz que se move ao longo do caminho AB é mais rápida do que a luz que se move ao longo de AE. Se você usar os ângulos reais (que são bem pequenos), você descobrirá que o ASC prevê que a luz ao longo de AE ​​alcançará o ponto E um ano depois que a luz se movendo ao longo de AB atingir o ponto B. O tempo de viagem de B para C é zero, e o tempo de viagem de E para C é zero. Mas o tempo de viagem de A a E é um ano maior do que o tempo de viagem de A a C. Portanto, as observações da luz da supernova vista em 2014 e 2015 é exatamente o que o ASC prevê.

Peter: P6. SEGUNDO. O comprimento de onda de um fóton, lambda * frequência = velocidade da luz. Portanto, se a velocidade da luz (em direção à terra) é infinita, então, para uma determinada frequência, lambda (para um fóton vindo em direção à terra) deve ser infinito.

Dr. Lisle: Até agora, tudo bem. Velocidade infinita implica um comprimento de onda infinito.

Peter: No entanto, um lambda infinito é impossível porque o universo físico NÃO é infinitamente grande e porque uma onda não pode preservar a coerência (ou causalidade local) em uma distância infinita. Portanto, um fóton (vindo em direção à terra) NÃO PODE viajar a uma velocidade infinita. E isso significa que a hipótese de Lisle & # 8217s é FALSA.

Dr. Lisle: Aqui, Peter cometeu vários erros. Mas seu principal erro é baseado em uma falsa suposição. Ou seja, ele parece ter assumido que, para que uma onda exista, todo o seu comprimento de onda deve caber entre a origem e o destino & # 8211, o que obviamente um comprimento de onda infinito não pode fazer em um universo finito. Portanto, ele está afirmando que a distância entre a origem e o destino de uma onda deve ser menor que o comprimento de onda. [3] Sua suposição é falsa e é muito fácil provar empiricamente que é falsa. Mas vamos primeiro fornecer algumas informações básicas para entender melhor o que está sendo reivindicado.

Dr. Lisle: O comprimento de onda de uma onda é definido como a distância entre dois picos consecutivos, ou dois vales consecutivos, (ou quaisquer dois pontos consecutivos de um determinado declive), ao mesmo tempo. [Observe que a frase “ao mesmo tempo” requer necessariamente uma convenção de sincronia. Precisamos definir o que constitui “o mesmo tempo” para dois locais diferentes no espaço. Por esta razão, o comprimento de onda dependerá necessariamente da convenção de sincronia escolhida.] Veja a figura correspondente.

Dr. Lisle: Mas na verdade não precisamos medir as posições de dois picos ao mesmo tempo para saber o comprimento de onda. Se conhecermos a forma de parte de uma onda, podemos facilmente extrapolar o resto e calcular o comprimento de onda. Finalmente, poderíamos simplesmente medir a velocidade da onda e sua frequência (quantos picos cruzam um limite por unidade de tempo) e calcular o comprimento de onda sem nunca medir a distância entre dois picos. Este último método é, de fato, a maneira como determinamos o comprimento de onda para praticamente todas as ondas em movimento. A frequência é o que medimos, o comprimento de onda é então calculado.

Dr. Lisle: a afirmação de Peter (de que uma onda não pode existir com comprimento de onda infinito porque dois picos consecutivos não podem existir em um universo finito) é baseada na falsa suposição de que uma onda não pode existir a menos que dois picos ou vales consecutivos existam ao mesmo tempo. Ou seja, ele está essencialmente afirmando que uma onda parcial não pode existir - que uma onda não pode ter um comprimento de onda maior do que a distância entre a origem e o destino. Você pode facilmente contestar isso em sua própria casa usando ondas sonoras. A velocidade do som é de cerca de 340 metros por segundo. A frequência do som depende do tom, então vamos usar o dó médio em um piano que tem uma frequência de 261,6255 hertz. Portanto, se você estiver ouvindo música, uma frequência típica será em torno de 262 hertz, o que significa que o comprimento de onda será de 1,2 metros. Portanto, se você estiver sentado no sofá, a 2,4 metros (7,9 pés) de distância do rádio, estará a dois comprimentos de onda da fonte.

Dr. Lisle: Portanto, se você está a menos de 1,2 metros (3,9 pés), está a menos de um comprimento de onda da fonte. Veja a figura abaixo. [4] E assim a onda é destruída quando entra em seu ouvido antes que um comprimento de onda completo possa se formar. De acordo com Peter, uma onda não pode existir se a distância entre a origem e o destino for menor que o comprimento de onda. Portanto, se Peter estiver correto, você não conseguirá ouvir música vinda de um rádio se estiver a menos de 3,9 pés de distância dele. Mas é claro que você pode. Os fones de ouvido não funcionariam se a afirmação de Peter estivesse correta porque a distância entre a origem e o destino é apenas uma pequena fração de um comprimento de onda.

Se você estiver a menos de um comprimento de onda da fonte das ondas sonoras, consegue ouvi-las? Claro. Uma onda faz não precisa ter pelo menos um comprimento de onda para existir.

Peter: P7. TERCEIRO. A energia de um fóton é dada por E = h * f (onde f é a frequência do fóton e h é a constante de Planck & # 8217s). E L * f = C (onde L é o comprimento de onda do fóton e C é a velocidade da luz). Então, se um fóton está vindo para a terra, e seu comprimento de onda é uma quantidade finita (como é necessário para um universo finito, e também é necessário para a causalidade local), então a única maneira que C pode ser infinito (vindo para a terra) é se a frequência f é infinita. No entanto, se & # 8220f & # 8221 for infinito, a energia do fóton (E = h * f) será infinita. Isso significa que um único fóton vindo de uma estrela (ou do sol) em direção à terra teria energia INFINITA. E isso significa que o único fóton explodiria a terra assim que atingir a terra. & # 8230 Mas, como podemos ver, isso não aconteceu. Portanto, esta é a FALSIFICAÇÃO EMPÍRICA da hipótese de Lisle & # 8217 de que a velocidade da luz em direção à Terra é infinita.

Dr. Lisle: O erro de Peter aqui segue de seu erro anterior de assumir que um comprimento de onda não pode ser infinito. Mas, na verdade, sob ASC, o comprimento de onda da luz que entra é infinito. Além disso, Peter assumiu erroneamente que a frequência é afetada pela convenção de sincronia. Não é. A frequência é definida como o número de picos (ou vales) que passam um ponto no espaço por unidade de tempo. Uma vez que nenhum outro local no espaço está envolvido, a frequência detectada de um observador estacionário não pode ser afetada pela convenção de sincronia porque esta se refere ao que constitui relógios sincronizados em dois diferente Localizações. Portanto, a frequência e a energia dos fótons permanecem inalteradas sob uma conversão de convenção de sincronia. Apenas o comprimento de onda é afetado.

Peter: P8. QUARTO. A velocidade da luz é uma consequência direta das equações de Maxwell & # 8217s que mostram que a propagação de uma onda eletromagnética é o resultado da oscilação entre um campo elétrico e um campo magnético em cada segmento de onda (ou pacote de onda). E a velocidade de tal onda está relacionada com a permissividade elétrica (epsilon-zero) e a permeabilidade magnética (mu-zero) do espaço pela expressão C = 1 / SQRT (epsilonZero * muZero).

Dr. Lisle: Até agora tudo bem. Embora, se Peter entendesse a física das equações de Maxwell, ele saberia que eles só podem determinar a velocidade de ida e volta da luz, não a velocidade unilateral, como veremos abaixo.

Peter: Então, se a velocidade da luz é diferente em diferentes direções no espaço, então epsilonZero ou MuZero deve ser diferente em diferentes direções do espaço.

Dr. Lisle: Isso está errado. A permissividade e a permeabilidade são quantidades escalares, o que significa que não têm direcionalidade. Uma vez que a derivação da velocidade da luz a partir das equações de Maxwell envolve a integração em um caminho fechado, ela só pode determinar a velocidade de ida e volta da luz. Integrais fechados são operações matemáticas que envolvem somar quantidades ao longo de um ida e volta. Portanto, o conceito de uma viagem de ida e volta é incorporado às equações de Maxwell

Peter: No entanto, medições experimentais mostram que essas quantidades são as MESMAS em todas as direções do espaço.

Dra. Lisle: Devo salientar que o comentário de Peter aqui não faz sentido do ponto de vista da física. A permissividade elétrica e a permeabilidade magnética do espaço livre são quantidades escalares. Eles não têm direcionalidade e, portanto, não faz sentido dizer que são "iguais em todas as direções no espaço".

Peter: Então, isso significa que a velocidade da luz NÃO PODE ser diferente em diferentes direções do espaço. Portanto, a velocidade da luz em direção à terra NÃO PODE ser infinita estando C / 2 de distância da terra. Portanto, esta é uma evidência EMPÍRICA de que a hipótese de Lisle & # 8217s é FALSA.

Dr. Lisle: A afirmação de Peter foi refutada em 1978 pelo Dr. Carlo Giannoni. Giannoni derivou a forma diferencial completa das equações de Maxwell sem suposições de velocidade unilateral. Ele demonstrou que eles realmente permitem uma velocidade unilateral não isotrópica da luz no espaço livre. (Ver Giannoni, C., Relativistic Mechanics and Electrodynamics without One-Way Velocity Assumptions, Filosofia da Ciência, Vol 45. 1, março de 1978, pp. 17-46). A propósito, existem certos cristais em que a velocidade da luz depende da polarização e / ou direção. Nenhum físico experiente afirmaria que isso viola as equações de Maxwell. Portanto, as equações de Maxwell permitem uma velocidade da luz unilateral não isotrópica. Einstein estava bem ciente das equações de Maxwell & # 8217s e de suas implicações. Mas Einstein nunca usou isso como argumento para uma velocidade unilateral da luz. Ele sabia que a velocidade unilateral da luz era estipulada, e não derivada.

Peter: P9. QUINTO. Se a velocidade da luz muda, o comprimento de onda da onda muda. Se a velocidade da luz aumentar, a onda muda para o vermelho. E se a velocidade da luz diminuir, a onda muda para o azul.

Dr. Lisle: Isso também está errado, e podemos facilmente provar que está errado. Uma onda torna-se redshifted se e somente se seu frequência gotas. Uma onda muda para o blues se e somente se for frequência aumenta. E lembre-se de que as convenções de sincronia não afetam a frequência de nenhuma onda. Portanto, redshifts e blueshifts serão idênticos para um determinado feixe de luz sob ASC ou ESC para qualquer observador estacionário.

Dra. Lisle: Você pode facilmente refutar a afirmação de Peter por meio de um experimento. A velocidade da luz na água é de apenas 75% de sua velocidade no vácuo. Portanto, quando a luz passa para a água, sua velocidade cai e, portanto, seu comprimento de onda é reduzido para 75% do original. De acordo com Peter, a luz será deslocada para o azul. Portanto, da próxima vez que você for nadar, quando estiver debaixo d'água, dê uma olhada diretamente acima e veja se todas as cores mudaram para o azul. Na verdade, se Peter estivesse correto, então você deveria ser capaz de ver a luz infravermelha debaixo d'água, já que ela teria sido deslocada para o azul em nosso alcance visual. Mas é claro que isso não acontece.

Peter: Se a velocidade da luz em direção à terra for infinita, então a luz vinda do sol (ou das estrelas) deve se tornar infinitamente deslocada para o azul & # 8230. Isso significa que TODOS se tornariam raios gama (na pior das hipóteses) e NÃO haveria luz visível chegando para a terra do sol ou das estrelas. No entanto, isso NÃO é o que observamos. Vemos luz visível vindo até nós das estrelas e do sol. Portanto, esta é uma evidência EMPÍRICA de que a hipótese de Lisle & # 8217s é FALSA.

Dr. Lisle: Na realidade, redshift e blueshift são uma função de uma mudança na frequência da luz entre a fonte e o observador, não Comprimento de onda. Quando a luz viaja através de uma substância, sua velocidade muda, mas sua frequência permanece inalterada e, portanto, não é alterada para o vermelho ou para o azul. Portanto, a luz tem exatamente a mesma frequência quando medida sob ASC e quando medida sob ESC, e assim a afirmação de Peter é facilmente refutada.

Peter: P10. SEXTO. As diferenças de nível de energia nos átomos dependem de constantes como a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética. Essas diferenças de nível de energia são o que determinam os locais e as propagações entre as linhas de emissão e absorção em espectros ópticos de (ou de) vários elementos. Podemos observar os espectros ópticos do sol e das estrelas. Se a velocidade da luz fosse infinita em direção à terra, então os fótons emitidos em direção à terra por átomos nas estrelas (ou o sol) devem mostrar mudanças na permissividade elétrica e na permeabilidade magnética consistente com uma velocidade infinita da luz (desde a velocidade de a luz é igual a 1 / SQRT (permissividade * permeabilidade). Portanto, devemos ver essas mudanças nos espectros ópticos que observamos para a luz que vem das estrelas em direção à terra. No entanto, NÃO vemos essas mudanças espectrais que indicariam um infinito velocidade da luz em direção à Terra. Portanto, esta é uma evidência EMPÍRICA de que a hipótese de Lisle & # 8217 é FALSA.

Dr. Lisle: Os erros de Peter aqui decorrem de seus erros anteriores em pensar que a permissividade eletromagnética e a permeabilidade do espaço livre de alguma forma afetam a velocidade unilateral da luz. Mas, como o Dr. Carlo Giannoni demonstrou em 1978, isso está errado. Os níveis de energia nos átomos dependem das constantes eletromagnéticas e essas constantes determinam a velocidade de ida e volta da luz. Mas, como Einstein apontou, a velocidade unilateral da luz é uma estipulação puramente convencional.

Peter: P11. SÉTIMO. Podemos configurar um experimento de interferometria Michaelson-Morley (MMI) modificado que pode detectar diferenças na velocidade da luz em direções paralelas à superfície da terra, vs perpendicular à superfície da terra. No entanto, nenhum experimento MMI jamais mostrou uma diferença na velocidade da luz paralela e perpendicular à superfície da terra. [Um exemplo de MMI modificado. Caminho = A-B-C. Perna um = AB. Perna dois = ACB. Ajuste os comprimentos do caminho para obter interferência construtiva com o MMI horizontal. Agora incline gradualmente o MMI em vários graus em relação à horizontal, até à vertical. SE a velocidade da luz perpendicular à superfície da terra for DIFERENTE da velocidade da luz paralela à superfície da terra & # 8217s, o MMI deve se mover para dentro e para fora da interferência construtiva em um padrão que corresponda à diferença na velocidade da luz entre paralelo e orientações perpendiculares.] Portanto, esta é uma evidência EMPÍRICA de que a hipótese de Lisle & # 8217s é FALSA.

Dr. Lisle: Este é outro erro de viés de confirmação, e realmente óbvio. Peter propõe comparar a velocidade de ida e volta da luz em duas direções ortogonais e mostrar que é a mesma. Mas o ASC exige que a velocidade de ida e volta da luz seja a mesma em todas as direções. Apenas a velocidade unilateral é estipulada como não isotrópica. Portanto, o fato de que a luz leva o mesmo tempo para viajar de ida e volta de A para B para A na direção norte-sul como leva para viajar de ida e volta de C para D para C na direção de leste-oeste é uma previsão de ambos ASC e ESC. Ambas as convenções aceitam que a velocidade de ida e volta da luz no vácuo é c, independentemente do caminho.

Peter: P12. OITAVO. Se a hipótese de Lisle & # 8217s for verdadeira, nós estamos vendo TODAS as partes do universo (estrelas, galáxias etc) exatamente como eles estão neste exato momento do tempo (uma vez que a velocidade da luz é infinita em nossa direção de acordo com a hipótese de Lisle & # 8217s).

Dr. Lisle: Aqui, Peter parece inadvertidamente passar da crítica da convenção de sincronia anisotrópica (ASC) para o modelo de sincronia anisotrópica (ASM). O primeiro é uma convenção estipulada que nos permite definir o que constitui relógios sincronizados em locais de separação. O último é um modelo baseado na afirmação falsificável de que a Bíblia usa a convenção de sincronia anisotrópica ao descrever eventos, e que o universo tem, portanto, aproximadamente 6.000 anos conforme medido por relógios sincronizados pelo ASC. Por ASC, definitivamente estamos vendo o universo em tempo real - por definição. Se ASM for verdade, então o universo que vemos envelheceu cerca de 6.000 anos desde a criação, com as regiões muito distantes envelhecendo um pouco menos. Peter parece confuso sobre essa diferença crucial.

Peter: Se for esse o caso, então NÃO haveria razão para esperar um aparecimento sistemático de idade MAIS JOVEM quanto mais longe olharmos no universo. Todas as galáxias devem ter a mesma aparência (ou similar na distribuição de morfologia e comportamento) desde perto de nós até as galáxias mais distantes. No entanto, isso NÃO é o que observamos. Quando olhamos para o universo, vemos uma maior aparência de idade (de estrelas e galáxias) PERTO de nós, em comparação com estrelas / galáxias que estão a 5-10-14 bilhões de anos-luz de nós. Mais galáxias DISTANTES parecem MAIS JOVENS.

Dr. Lisle: Peter fez vários erros aqui. Estudantes de lógica reconhecerão prontamente o erro de Peter da falácia da reificação. A frase “aparência de idade” é sempre um exemplo de reificação porque idade não tem literalmente aparência. Idade é um conceito de história o tempo entre o início de um objeto e agora. Você não pode literalmente ver a idade.

Dr. Lisle: As pessoas muitas vezes cometem esse erro porque é perfeitamente aceitável usar figuras de linguagem como a reificação na comunicação não científica e informal, quando não é um argumento lógico. Podemos dizer que uma pessoa “parece jovem para sua idade”. Mas estamos sendo não literais, porque a idade não pode ser vista. O que então queremos dizer com tal figura de linguagem? Queremos dizer que uma pessoa tem características físicas observáveis ​​que são típica de uma pessoa mais jovem. Mas não estamos vendo era em vez disso, estamos vendo traços físicos que costumam estar associados a um determinado intervalo de idades. Mas como sabemos quais características físicas são típicas de uma determinada idade? A única maneira de sabermos disso é observando muitas pessoas cuja idade conhecemos porque as vimos nascer ou porque temos a documentação de seu nascimento (como uma certidão de nascimento ou seu atestado verbal).

Dr. Lisle: Mas isso se aplica a galáxias? Nenhum homem mortal viu uma galáxia nascer. Temos documentação histórica de seu nascimento? Existe apenas um registro de testemunha ocular da criação de galáxias - a Bíblia. E a Bíblia ensina que as estrelas que compõem as galáxias foram feitas no dia 4 da semana da criação. Não há nenhum testemunho ocular histórico que documentaria idades de galáxias em milhões de anos. Conseqüentemente, é uma falácia de reificação alegar que as galáxias “parecem” com idades diferentes como parte de um argumento. Eles simplesmente têm a aparência que têm.

Dr. Lisle: Além disso, Peter cometeu novamente a falácia do espantalho e demonstrou que não estudou este assunto em profundidade. Ele afirma que no modelo ASC, "não haveria nenhuma razão para esperar um aparecimento sistemático de idade MAIS JOVEM quanto mais longe olharmos no universo." Mas em meu artigo técnico afirmo o contrário. Isso é explicado na nota de rodapé 9. Ou seja, no modelo ASC, galáxias em distâncias extremas da Terra terão envelhecido menos de 6.000 anos devido a efeitos relativísticos. Portanto, se as galáxias envelhecem de forma sistemática e assumindo que sua morfologia na criação não é uma função da distância, esperaríamos ver pequenas diferenças sistemáticas entre galáxias próximas e galáxias em distâncias extremas.

Dr. Lisle: Peter também fez a suposição infundada de que qualquer diferença entre galáxias próximas e galáxias distantes é devido ao envelhecimento diferencial. Mas como alguém poderia saber disso? Talvez Deus tenha criado galáxias com diferenças sistemáticas dependendo de sua distância de nosso grupo local. Nem toda sequência é uma sequência de tempo.

Peter: Eles NÃO têm a mesma morfologia e comportamento que aqueles que estão mais próximos de nós. Portanto, essa observação é consistente com as galáxias que estão mais longe de nós (mais próximas da periferia do universo observável) sendo na verdade MAIS JOVENS quando emitiram a luz que estamos vendo agora. Portanto, esta é outra evidência empírica de que a hipótese de Lisle & # 8217 é falsa.

Dr. Lisle: Aqui Peter cometeu a falácia do viés de confirmação - alegando que as evidências apóiam um modelo quando igualmente apóiam a alternativa. A saber, Peter afirmou que as pequenas diferenças sistemáticas observadas na morfologia entre galáxias próximas e distantes são consistentes com o modelo secular padrão, e ele pensa que isso refuta o modelo ASC. Mas se ele tivesse se preocupado em estudar o modelo ASC, ele teria descoberto que ele faz a mesma previsão.

Peter: P13. NONO. Se a hipótese de Lisle & # 8217s estiver correta e a velocidade da luz for infinita, então a taxa de transferência de energia das estrelas em direção à Terra deve ser infinita (uma vez que os fótons são emitidos pelas estrelas).

Dr. Lisle: Isso está errado. A taxa de transferência de energia (os joules por segundo) recebida pelo observador depende apenas do número de fótons recebidos por unidade de tempo e de sua frequência, nenhum dos quais é afetado pelas convenções de sincronia. A velocidade desses fótons é totalmente irrelevante. Peter está confundindo velocidade com potência.

Dr. Lisle: Por exemplo, uma fonte distante pode emitir um número X de fótons por segundo em direção a um observador. Se o observador estiver estacionário em relação à fonte, ele poderá receber apenas um número X de fótons por segundo dessa fonte. Quanto tempo leva para os fótons irem da fonte ao observador é totalmente irrelevante. Se eles chegarem instantaneamente, ele observará X fótons por segundo. Se levarem mil anos, ele observará X fótons por segundo. A energia transferida por unidade de tempo é a mesma e, portanto, não é afetada por convenções de sincronia ou velocidades unidirecionais.

Peter: Isso significa que todas as partes do céu noturno devem estar na mesma temperatura da superfície de uma estrela (porque a densidade de estrelas e galáxias no céu noturno é alta o suficiente para que não importa para qual direção você olhe no céu noturno, essa direção cruzará uma estrela ou galáxia).

Dr. Lisle: A afirmação de Peter aqui não segue logicamente nem mesmo de suas próprias premissas declaradas. Seus comentários aqui parecem refletir um mal-entendido sobre o paradoxo de Olbers. A única maneira pela qual sua conclusão poderia seguir seria se várias suposições não declaradas fossem verdadeiras. Por exemplo, Peter teria que assumir que (1) o universo visível contém um número infinito de estrelas, e (2) que a luminosidade do universo em função da distância cai mais lentamente do que 1 / r ^ a, onde a é maior que 1.

Dr. Lisle: Mas é claro, ninguém além de Deus sabe se essas duas suposições são verdadeiras. O número de estrelas no universo visível pode muito bem ser finito, caso em que a afirmação de Peter (que "não importa para que direção você olhe no céu noturno, essa direção cruzará uma estrela ou galáxia") é falsa. Além disso, mesmo se o universo contivesse um número infinito de estrelas, o céu noturno ainda estaria escuro se a luminosidade total de todas as estrelas em uma dada concha esférica de distância r e espessura dr cair mais rápido do que 1 / r ^ a, onde a é maior que 1. A integral de 1 / r ^ a de r0 ao infinito é finito para qualquer potência (a) maior que 1.

Peter: Isso significa que se a hipótese de Lisle & # 8217s estiver correta, todo o céu noturno deve ser tão brilhante quanto a superfície do sol (já que o sol é uma estrela média em termos de temperatura da superfície). No entanto, o céu noturno é escuro e NÃO tão brilhante quanto a superfície do sol. Portanto, esta é uma evidência EMPÍRICA de que a hipótese de Lisle & # 8217s é FALSA.

Dr. Lisle: Então, a afirmação de Peter acaba por ser outra falácia espantalho. O modelo ASC prevê um céu noturno escuro, que é o que se observa.

Peter: CONCLUSÃO C1. A hipótese da luz unilateral de Lisle e # 8217s foi empiricamente falsificada.

Dr. Lisle: Uma vez que nenhuma das premissas / asserções de Peter são verdadeiras, seu argumento é infundado. Conclusão: não dê muita importância a afirmações de internet não revisadas por pares, especialmente quando feitas por pessoas sem formação sobre o assunto. Se você gostaria de aprender sobre este assunto, recomendo a leitura de alguns artigos sobre a “tese da convencionalidade”. Muitos cientistas do século 20 defenderam a tese da convencionalidade (e alguns poucos a desafiaram sem sucesso) - o fato de que a velocidade unilateral da luz é convencional e não pode ser medida sem tacitamente assumi-la com antecedência. O próprio Einstein defendeu brevemente a tese em sua cartilha sobre a relatividade. Meu livro “The Physics of Einstein” contém vários capítulos sobre o assunto. Além disso, o livro “Conceitos de Simulteneidade da Antiguidade a Einstein e Além”, de M. Jammer, fornece um resumo bastante detalhado da literatura técnica sobre o assunto.

[1] Lisle, J., Anisotropic Synchrony Convention - A Solution to the Distant Starlight Problem, Answers Research Journal, Vol 3, pp. 191-207, setembro de 2010. https://answersingenesis.org/astronomy/starlight/anisotropic -synchrony-convention-distance-starlight-problem /

[2] Lisle, J. Astronomy Reveals Creation.

[3] Peter também assumiu que o universo físico não é infinito em extensão. Esta é uma suposição não comprovada.

[4] Nesta figura, representamos as ondas sonoras como transversais por uma questão de clareza. As ondas sonoras são, na verdade, compressivas, o que é mais difícil de ilustrar. Mas o ponto continua o mesmo: uma onda não precisa ter um comprimento de onda completo para existir. As ondas de luz são transversais.


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